一种聚合物太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术属于一种聚合物太阳能电池的制备方法。该聚合物太阳能电池器件采用透明铟锡氧化物ＩＴＯ作为阳极，阳极采用聚噻吩衍生物掺杂的聚（３，４－二氧乙基噻吩）：聚（对苯乙烯磺酸）水溶液（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）修饰，活性层为电子给体聚合物ＢＥＨ－ｃｏ－ＭＥＨ－ＰＰＶ：ＰＣＢＭ的混合物，金属采用复合阴极ＬｉＦ／Ａｌ作为阴极，即在光活性层和Ａｌ之间插入一薄层ＬｉＦ，使金属电极与光活性层间形成良好的欧姆接触，减少系统的阻抗，从而有效地提高聚合物太阳能电池的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池制造领域，尤其是一种聚合物太阳能电池(Polymer Solar Cells; PSCs)的制备方法。
技术介绍
聚合物太阳能电池与传统无机太阳能电池相比具有制备工艺简 单、造价低廉、可以采用旋涂，喷涂，刮涂等方法制备，在连续印刷 过程中实现工业化生产，制成超薄、大面积柔性器件等优点而倍受关 注。1991年以Gratzel为代表的科学家们采用联吡啶钌修饰的纳晶 Ti02电极，使得其光电转换效率有了质的飞跃，接近甚至超过了硅太 阳电池的光电转换效率。1992年美国Alan J. Heeger教授的研究组 在发现共轭聚合物和C6。之间的激子快速电荷分离的基础上，为了克 服界面面积小和考虑到共轭聚合物中激子扩散距离短的问题，于1995 年制备了给体/受体本体异质结聚合物太阳能电池，这种器件的光活 性层由共轭聚合物给体和可溶性富勒烯衍生物PCBM受体的共混膜所 组成。2002年，C. Brabec等人采用MDMO-PPV与PCBM共混物为光活 性层制备本体异质结的聚合物太阳能电池，在器件阴极与光活性层之 间镀上一层极薄的LiF，提高了聚合物太阳能电池的性能。本体异质结型太阳能电池通常是将光活性层夹在高功函的透明金属氧化物(如IT0)阳极和低功函的金属阴极如Al中。当光照射 在电池光活性层上时，光致电荷转移在电子给体和电子受体界面上发 生。但是，现有技术的太阳能电池的电荷收集效率比较低。
技术实现思路
针对现有技术中的太阳能电池电荷收集效率低的问题，本专利技术提 出 。本专利技术的聚合物太阳能电池的制备方法的具体步骤为1) 在带有铟锡氧化物IT0的玻璃上粘贴一层胶带、用刀片划 去需要刻蚀部分的胶带，后用浓盐酸和锌粉刻蚀出4mm宽、30mm长 的电极，将用浓浓盐酸和锌粉刻蚀好的铟锡氧化物ITO导电玻璃清洗 干净并烘干，再将处理过的导电玻璃放置在匀胶机上，质量分数为 1. 5%的聚(3， 4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOT: PSS 均匀涂满整个导电玻璃基片，使用匀胶机以2500 i/min旋转60 s， 使聚(3，4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOT:PSS 溶液在导电玻璃表面形成一层30nm厚的薄膜，后放入12(TC的烘箱 内加热20-30分钟备用；2) 把电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV和电子受体1-(三甲氧基 羟基)-丙基-l-苯基-(6，6)-C61 (PCBM)，按质量比l: 3，用分析纯的有机溶剂甲苯在氮气氛围的手套箱中配成电子给体聚合物 BEH-co-MEH-PPV浓度为5 mg/mL的溶液，在40-5(TC温度下加热搅拌3个小时，得到搅拌均匀的聚合物溶液；电子给体聚合物 BEH-co-MEH-PPV的分子结构式如下<formula>formula see original document page 10</formula>电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV式中m:n=l: 1 ;3) 把涂有质量分数为1. 5%的聚(3，4-二氧乙基噻吩)聚(对 苯乙烯磺酸)水溶液膜的导电玻璃烘干后转移至充满氮气氛围的手套 箱中，放置在匀胶机上，再将搅拌均匀得到的聚合物溶液均匀涂满整 个聚(3，4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOT:PSS 膜表面，控制匀胶机的旋涂速度和时间，旋涂启动后先以500 r/min 旋转3 s,再以2000 r/min旋转3 min ，使混合物在铟锡氧化物玻 璃表面形成一层200 nm厚的太阳能电池的活性层电子给体聚合物 BEH-co-MEH-PPV:PCBM的聚合物薄膜，然后将导电玻璃放置在加热台 上8(TC条件下加热退火30 min ;4) 将活性层经过加热退火处理的聚合物太阳能电池器件放入到 真空镀膜机中蒸镀，当真空度高于l X l(TPa时开始蒸镀LiF，通过 加热电流来控制LiF的蒸镀速率，LiF蒸镀速率为1-2 A/S，厚度为 1-1.5nm;最后蒸镀A1电极，厚度为150 nm，得到聚合物太阳能电池。以卤素灯为光源，在100mW/cm2的光强下，测试以本专利技术方法制 备的聚合物薄膜太阳能电池的性能，包括开路电压、短路电流、能量 转换效率和填充因子，实验证明，本专利技术的技术方案可以提高聚合物太阳能电池的效率。本专利技术的特点是将活性层经过加热退火处理的聚合物太阳能电池器件放入到真空镀膜机中蒸镀，即在蒸镀A1电极之 前先镀一层绝缘层LiF，使金属电极与光活性层间形成良好的欧姆接 触，减少系统的阻抗，提高了聚合物太阳能电池的性能。 附图说明附图1是聚合物太阳能电池的结构示意图。附图2是以卤素灯为光源，在100 mW/cm2的光强照射下电池的性 能参数对比。 具体实施例方式本专利技术采用的聚合物太阳能电池器件结构如图l所示。其中1 是玻璃基片或柔性衬底，2是铟锡氧化物IT0电极，3是阳极修饰聚 (3，4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOT:PSS层，4是 电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV: PCBM共混物组成的光活性层，5 是LiF层，6是A1电极。采用一种在金属铝电极与光活性层之间镀上一层1.0-1.5nm的 LiF层，制备复合阴极的方法提高聚合物太阳能电池的能量转换效率。 在真空度高于l X 10—4pa时蒸镀LiF层，LiF蒸镀速率控制在l-2 A/S，厚度要很薄为1-1. 5 nm， 最后蒸镀Al电极。 现有技术的聚合物太阳能电池加工方法l)在带有铟锡氧化物ITO的玻璃上粘贴一层胶带、用刀片划去需 要刻蚀部分的胶带，后用浓盐酸和锌粉刻蚀成4mm宽、30mm长的电 极，将刻烛好的细条状铟锡氧化物ITO导电玻璃清洗干净并烘干，再将处理过的导电玻璃放置在匀胶机上，用带有滤头的注射器将聚噻吩 衍生物掺杂的聚(3,4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOT:PSS水溶液均匀涂满整个片子，控制转速和时间使聚(3，4-二 氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOT:PSS溶液在导电玻 璃表面形成一层20-30nm厚的薄膜，放入12(TC的烘箱内加热20-30 分钟；2) 把聚合物电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV和PCBM按质量比 1: 3，用分析纯的有机溶剂甲苯在氮气氛围的手套箱中配成电子给体 聚合物BEH-co-MEH-PPV浓度为5 mg/mL的溶液，在40-5(TC温度下 加热搅拌3个小时，得到搅拌均匀的聚合物溶液；3) 把涂有聚(3,4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶 液PEDOT:PSS膜的导电玻璃烘干后转移至手套箱中，放置在匀胶机 上，再将搅拌均匀得到的聚合物溶液均匀涂满整个PEDOT:PSS膜表 面，旋涂启动后先以500 r/min旋转3 s，再以2000 r/min旋转3 min ， 使混合物在铟锡氧化物玻璃表面形成一层200 nm厚的太阳能电池的 活性层电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV:PCBM的聚合物薄膜，然后将 导电玻璃放置在加热台上8(TC条件下加热退火30 min ;4)然后再放入到真空镀膜机中开始抽真空蒸金属A1电极。在真 空度高于6 X 1(TPa时蒸镀一层厚150 nm的金属Al电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，其步骤如下：　１）在带有铟锡氧化物ＩＴＯ的玻璃上粘贴一层胶带、用刀片划去需要刻蚀部分的胶带，后用浓盐酸和锌粉刻蚀出４ｍｍ宽、３０ｍｍ长的电极，将用浓盐酸和锌粉刻蚀好的铟锡氧化物ＩＴＯ导电玻璃 清洗干净并烘干，再将处理过的导电玻璃放置在匀胶机上，质量分数为１．５％的聚（３，４－二氧乙基噻吩）：聚（对苯乙烯磺酸）水溶液ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ均匀涂满整个导电玻璃基片，使用匀胶机以２５００ｒ／ｍｉｎ旋转６０ｓ，使聚（３，４－二氧乙基噻吩）：聚（对苯乙烯磺酸）水溶液ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ溶液在导电玻璃表面形成一层３０ｎｍ厚的薄膜，后放入１２０℃的烘箱内加热２０－３０分钟备用；　２）把电子给体聚合物ＢＥＨ－ｃｏ－ＭＥＨ－ＰＰＶ和电子受体１－（三甲氧基羟基）－丙基－１－苯基－（６ ，６）－Ｃ↓［６１］（ＰＣＢＭ），按质量比１∶３，用分析纯的有机溶剂甲苯在氮气氛围的手套箱中配成电子给体聚合物ＢＥＨ－ｃｏ－ＭＥＨ－ＰＰＶ浓度为５ｍｇ／ｍＬ的溶液，在４０－５０℃温度下加热搅拌３个小时，得到搅拌均匀的聚合物溶液；电子给体聚合物ＢＥＨ－ｃｏ－ＭＥＨ－ＰＰＶ的分子结构式如下：　＊＊＊　电子给体聚合物ＢＥＨ－ｃｏ－ＭＥＨ－ＰＰＶ式中ｍ∶ｎ＝１∶１；　３）把涂有质量分数为１．５％的聚（３，４－二氧乙基噻吩）：聚（对苯乙烯磺酸）水溶液膜的导电玻璃烘干后 转移至充满氮气氛围的手套箱中，放置在匀胶机上，再将搅拌均匀得到的聚合物溶液均匀涂满整个聚（３，４－二氧乙基噻吩）：聚（对苯乙烯磺酸）水溶液ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜表面，控制匀胶机的旋涂速度和时间，旋涂启动后先以５００ｒ／ｍｉｎ旋转３ｓ，再以２０００ｒ／ｍｉｎ旋转３ｍｉｎ，使混合物在铟锡氧化物玻璃表面形成一层２００ｎｍ厚的太阳能电池的活性层电子给体聚合物ＢＥＨ－ｃｏ－ＭＥＨ－ＰＰＶ：ＰＣＢＭ的聚合物薄膜，然后将导电玻璃放置在加热台上８０℃条件下加热退火３０ｍｉｎ；　４）将活性 层经过加热退火处理的聚合物太阳能电池器件放入到真空镀膜机中蒸镀，当真空度高于１×１０↑［－４］Ｐａ时开始蒸镀ＬｉＦ，通过加热电流来控制ＬｉＦ的蒸镀速率，ＬｉＦ蒸镀速率为１－２＊／Ｓ，厚度为１－１．５ｎｍ；最后蒸镀Ａｌ电极，厚度为１５０ｎｍ，得到聚合物太阳能电池。...

【技术特征摘要】
1. 一种聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，其步骤如下1)在带有铟锡氧化物ITO的玻璃上粘贴一层胶带、用刀片划去需要刻蚀部分的胶带，后用浓盐酸和锌粉刻蚀出4mm宽、30mm长的电极，将用浓盐酸和锌粉刻蚀好的铟锡氧化物ITO导电玻璃清洗干净并烘干，再将处理过的导电玻璃放置在匀胶机上，质量分数为1.5％的聚(3，4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOTPSS均匀涂满整个导电玻璃基片，使用匀胶机以2500r/min旋转60s，使聚(3，4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOTPSS溶液在导电玻璃表面形成一层30nm厚的薄膜，后放入120℃的烘箱内加热20-30分钟备用；2)把电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV和电子受体1-(三甲氧基羟基)-丙基-1-苯基-(6，6)-C61(PCBM)，按质量比1∶3，用分析纯的有机溶剂甲苯在氮气氛围的手套箱中配成电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV浓度为5mg/mL的溶液，在40-50℃温度下加热搅拌3个小时，得到搅拌均匀的聚合物溶液；电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV的分子结构式如下电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV式中m∶n＝1∶1；3)把涂有质量分数为1.5％的聚(3，4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液膜的导电玻璃烘干后转移至充满氮气氛围的手套箱中，放置在匀胶机上，再将搅拌均匀得到的聚合物溶液均匀涂满整个聚(3，4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOTPSS膜表面，控制匀胶机的旋涂速度和时间，旋涂启动后先以500r/min旋转3s，再以2000r/min旋转3min，使混合物在铟锡氧化物玻璃表面形成一层200nm厚的太阳能电池的活性层电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPVPCBM的聚合物薄膜，然后将导电玻璃放置在加热台上80℃条件下加热退火30min；4)将活性层经过加热退火处理的聚合物太阳能电池器件放入到真空镀膜机中蒸镀，当真空度高于1×10-4Pa时开始蒸镀LiF，通过加热电流来控制LiF的蒸镀速率，LiF蒸镀速率为1-2/S，厚度为1-1.5nm；最后蒸镀Al电极，厚度为150nm，得到聚合物太阳能电池。2.根据权利要求l所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征 在于，其步骤如下1)在带有铟锡氧化物ITO的玻璃上粘贴一层胶带、用刀片划去需要刻蚀部分的胶带，后用浓浓盐酸和锌粉刻蚀成4mm宽、30mm 长的电极，将用浓盐酸和锌粉刻蚀好的铟锡氧化物IT0导电玻璃清洗 干净并烘干，再将处理过的导电玻璃放置在匀胶机上，将质量分数为 1. 5%的聚(3, 4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PED0T:PSS 均匀涂满整个导电玻璃基片，控制匀胶机以2500 i/min旋转60 s, 使聚(3,4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOT:PSS 溶液在导电玻璃表面形成一层30nni厚的薄膜，后放入12(TC的烘箱 内加热30分钟备用；2) 把电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV和电子受体1-(三甲氧基 羟基)-丙基-卜苯基-(6，6)-Gu (PCBM)，按质量比l: 3，用分析纯的 有机溶剂甲苯在氮气氛围的手套箱中配成电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV浓度为5 mg/mL的溶液，在5(TC温度下加热搅拌3个小时，得到搅拌均匀的聚合物溶液；3) 把涂有聚(3,4-二氧乙基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶 液膜的导电玻璃烘干后转移至充满氮气氛围的手套箱中，放置在匀胶 机上，再将搅拌均匀得到的聚合物溶液均匀涂满整个聚(3,4-二氧乙 基噻吩)聚(对苯乙烯磺酸)水溶液PEDOT:PSS膜表面，控制匀胶 机的旋涂速度和时间，旋涂启动后先以500 r/min旋转3 s，再以2000 r/min旋转3min ，使混合物在铟锡氧化物玻璃表面形成一层200 nm 厚的太阳能电池的活性层电子给体聚合物BEH-co-MEH-PPV:PCBM的 聚合物薄膜，然后将导电玻璃放置在加热台上80'C条件下加热退火 30 min ;4)将活性层经过加热退火处理的聚合物太阳能电池器件放入到 真空镀膜机中蒸镀，当真空度高于l X 10—4pa时开始蒸镀LiF，通过 调节电流来控制LiF的蒸镀速率，LiF蒸镀速率为卜2 A/S,厚度为 1-1.5nni;最后蒸镀A1电极，厚度为150 nm,...

【专利技术属性】
技术研发人员：王香，
申请(专利权)人：彩虹集团公司，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]